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双苯环桥连型超高温油基钻井液乳化剂的研制与性能

王全得,  蒋官澄,  冯奇,  冯海平,  韩成福,  张榆崧

王全得,蒋官澄,冯奇,等. 双苯环桥连型超高温油基钻井液乳化剂的研制与性能[J]. 钻井液与完井液,2026,43(5):603-612 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.004
引用本文: 王全得,蒋官澄,冯奇,等. 双苯环桥连型超高温油基钻井液乳化剂的研制与性能[J]. 钻井液与完井液,2026,43(5):603-612 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.004
Wang Quande, Jiang Guancheng, Feng Qi, et al.Development and performance of a dual-phenyl-bridged ultra-high temperature emulsifier for oil-based drilling fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(5):603-612 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.004
Citation: Wang Quande, Jiang Guancheng, Feng Qi, et al.Development and performance of a dual-phenyl-bridged ultra-high temperature emulsifier for oil-based drilling fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(5):603-612 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.004

双苯环桥连型超高温油基钻井液乳化剂的研制与性能

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.004
基金项目: 国家自然科学基金重点支持项目“深海深井钻井液漏失机理与防治方法研究”(U23B2082)。
详细信息
    作者简介:

    王全得,1996年生,在读博士研究生,现在从事钻井液技术研究工作。E-mail:15664628289@163.com

    通讯作者:

    蒋官澄,教授,博士生导师,研究方向为钻井液完井液化学与工程、油气层损害与保护技术。E-mail:m15600263100_1m@126.com。

  • 中图分类号: TE254.3

Development and Performance of a Dual-phenyl-bridged Ultra-high Temperature Emulsifier for Oil-based Drilling Fluids

  • 摘要: 针对超高温(>220 ℃)深井及万米特深井钻探中现有油基钻井液乳化剂热稳定性不足、油水界面膜易失效的技术难题,基于刚性骨架增强热稳定性和多位点吸附的设计思路,以月桂酸和二苯乙烷等为原料,合成了含双苯环桥连骨架、双长链烷基和双磺酸钙头基的新型超高温乳化剂(UHT-EM)。采用红外光谱和核磁共振氢谱表征了其分子结构。通过耐温性、低频振荡及微观形貌评价了该乳化剂的乳化性能与界面膜强度,并构建了基于UHT-EM的超高温油基钻井液体系。结果表明,1.0%UHT-EM的乳状液在230 ℃老化16 h后的破乳电压为1431 V,250 ℃仍保持729 V,260 ℃仅为430 V,显著优于乳化剂HTM和Span80。低频振荡测试表明其在低应变幅下储能模量G′达649 ~ 801 Pa,且G′始终显著高于G″,表现出以弹性为主导的高强度特征。微观形貌分析表明,乳状液在230 ~ 250 ℃内保持规则的球形和单峰窄粒径分布,260 ℃时因分子锚定与离子交联协同失效而发生聚并失稳。基于UHT-EM构建的超高温油基钻井液(油水比为80∶20、密度为2.0 g/cm3)在230 ℃老化16 h后破乳电压值达1226 V,FLHTHP为28.0 mL。UHT-EM凭借双苯环桥连刚性骨架与双磺酸钙头基的分子协同,显著提高了热分解温度和界面膜强度,在250 ℃表现出优异的乳化稳定性能,可为万米特深井及超高温深井钻探用油基钻井液提供核心材料支撑。

     

  • 图  1  UHT-EM的合成路线

    图  2  UHT-EM及中间产物的红外光谱

    图  3  UHT-EM的核磁共振氢谱

    图  4  油包水乳状液的界面膜强度

    图  5  乳状液在超高温下老化后的微观形貌及粒径分布

    表  1  UHT-EM对乳状液稳定性的影响(60 ℃)

    UHT-EM /
    %
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    YP/PV/
    Pa/mPa·s
    φ6/φ3 ES/
    V
    0.5 13.00 8.00 5.00 0.63 7/6 1250
    1.0 15.50 11.00 4.50 0.41 7/6 1431
    1.5 17.50 13.00 4.50 0.35 7/6 1410
    2.0 20.00 13.00 7.00 0.54 12/11 1240
    2.5 22.50 13.00 9.50 0.73 17/16 1045
    注:老化条件为230 ℃×16 h。
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    表  2  超高温对乳状液稳定性的影响(60 ℃)

    T/
    ℃
    乳化剂 AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    YP/PV/
    Pa/mPa·s
    φ6/φ3 ES/
    V
    230 UHT-EM 15.50 11.00 4.50 0.41 7/6 1431
    HTM 11.00 10.00 1.00 0.10 1/1 447
    Span80 9.00 8.00 1.00 0.13 1/1 57
    240 UHT-EM 17.00 11.50 5.50 0.48 5/4 1076
    HTM 8.00 7.00 1.00 0.14 1/1 335
    Span80 5.00 4.50 0.50 0.11 1/1 43
    250 UHT-EM 20.00 14.00 6.00 0.43 4/3 729
    HTM 5.00 4.50 0.50 0.11 1/1 178
    Span80 4.00 3.50 0.50 0.14 1/1 35
    260 UHT-EM 11.25 9.50 1.75 0.18 2/1 430
    HTM 4.00 3.50 0.50 0.14 1/1 89
    Span80 3.50 3.00 0.50 0.17 1/1 27
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    表  3  不同油水比对钻井液性能的影响(60 ℃)

    油水比 老化状态 AV/mPa·s PV/mPa·s YP/Pa YP/PV/(Pa/mPa·s) φ6/φ3 ES/V FLHTHP/mL
    90∶10 老化前 37.50 36.00 1.50 0.04 5/4 1322
    老化后 52.00 44.00 8.00 0.18 12/10 2016 20.8
    85∶15 老化前 52.00 50.00 2.00 0.04 6/5 1200
    老化后 65.00 52.00 13.00 0.25 13/12 1620 24.4
    80∶20 老化前 64.50 58.00 6.50 0.11 7/6 1080
    老化后 77.50 62.00 15.50 0.25 15/14 1226 28.0
    75∶25 老化前 80.00 66.00 14.00 0.21 11/10 863
    老化后 107.50 79.00 28.50 0.36 27/20 890 46.4
    70∶30 老化前 99.00 78.00 21.00 0.27 16/14 742
    老化后 137.50 97.00 40.50 0.42 42/30 554 50.4
     注:老化条件为230 ℃×16 h,FLHTHP测定条件为180 ℃、3.5 MPa。
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    表  4  不同密度对钻井液性能的影响(60 ℃)

    ρ/(g·cm−3) 老化状态 AV/mPa·s PV/mPa·s YP/Pa YP/PV/(Pa/mPa·s) φ6/φ3 ES/V FLHTHP/mL
    1.6 老化前 26.50 25.00 1.50 0.06 4/3 463 -
    老化后 52.50 42.00 10.50 0.25 15/14 2013 35.0
    1.7 老化前 29.50 27.50 2.00 0.07 4/3 592 -
    老化后 54.00 43.00 11.00 0.26 14/13 1843 33.8
    1.8 老化前 32.50 30.00 2.50 0.08 4/3 718 -
    老化后 55.00 44.00 11.00 0.25 14/13 1673 32.6
    1.9 老化前 49.00 44.00 5.00 0.11 5/4 904 -
    老化后 66.00 52.00 14.00 0.27 15/14 1450 30.0
    2.0 老化前 64.50 58.00 6.50 0.11 7/6 1080 -
    老化后 77.50 62.00 15.50 0.25 15/14 1226 28.0
     注:老化条件为230 ℃×16 h,FLHTHP测定条件为180 ℃、3.5 MPa。
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    表  5  不同温度对钻井液性能的影响(60 ℃)

    T/℃ AV/mPa·s PV/mPa·s YP/Pa YP/PV/(Pa/mPa·s) φ6/φ3 ES/V FLHTHP/mL
    230 77.50 62.00 15.50 0.25 15/14 1226 28.0
    240 85.00 69.00 16.00 0.23 20/19 1360 87.0
    250 95.00 76.00 19.00 0.25 26/24 1505 95.0
    260 - - - - - - -
     注:FLHTHP测定条件为180 ℃、3.5 MPa。
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    表  6  超高温油基钻井液的高温高压流变性能测试

    T/℃ P/MPa AV/mPa·s PV/mPa·s YP/Pa φ6/φ3
    65 0.1 56.70 43.40 13.30 20/19
    65 70 44.25 40.50 3.75 4/3
    150 90 40.25 38.00 2.25 4/3
    160 110 39.70 36.90 2.80 4/3.5
    170 130 42.30 39.20 3.10 4/3.5
    180 150 43.75 41.00 2.75 3.5/3
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-03-02
  • 修回日期:  2026-05-19
  • 刊出日期:  2026-10-01

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